CN109192846B - 配件级低成本表面处理方法及一种装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种配件级低成本表面处理方法及一种装置。所述配件级低成本表面处理方法包括：提供基板层；在所述基板层上覆设有机物层；对所述有机物层进行离子轰击，从而在所述有机物层中形成微米级和/或亚微米级图形；将所述有机物层中的微米级和/或亚微米级图形转移到所述基板层表面，获得表面粗化的基板层。本发明实施例提供的一种配件级低成本表面处理方法工艺可控，在成本性价比以及使用应用场合(涵盖目前所有光电器件)上实现了全方位的保障和提升，同时器件完成后，在光的取出以及收取的均匀度上也能够得到相应的改善。
Description
技术领域
本发明涉及一种器件表面粗化处理方法，特别涉及一种配件级低成本表面处理方法及一种装置，属于半导体技术领域。
背景技术
将光路经过的器件或组件的表面进行粗化是以提升光电器件其出光或者收光效率方面一种非常有效的方法，其基本原理是通过在器件表面进行粗化，使其表面变得粗糙不平，进而改变光的传播角度，使得更多的光子通过该表面。目前实现器件表面粗化的处理方法主要包括以下几种方法：
1)在器件表面进行低温的P型的GaN材料生长，通过工艺的控制达到表面粗化的效果；
2)在器件表面完成微米和/或亚微米级的图形光刻转印，再刻蚀实现图形化的表面粗化；
3)自然腐蚀ITO；
4)使用强碱溶液对N型GaN表面进行粗化处理；
5)使用绝缘层隔离后在表面蒸金，退火，刻蚀实现表面粗化；
6)使用法秒级激光器对器件表面进行刻蚀实现粗化。
以上现有方法都可以在一定程度上达到使器件表面粗化的目的，但是存在工艺控制性差，成本较高，使用方向受限等几个方面的缺点。因此，提供一种工艺可控、成本性价比高以及应用范围广的器件表面粗化方法仍是业界亟待解决的主要问题之一。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种配件级低成本表面处理方法及一种装置，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种配件级低成本表面处理方法，其包括：
提供基板层；
在所述基板层上覆设有机物层；
对所述有机物层进行离子轰击，从而在所述有机物层中形成微米级和/或亚微米级图形；
将所述有机物层中的微米级和/或亚微米级图形转移到所述基板层表面，获得表面粗化的基板层。
进一步的，所述微米级和/或亚微米级图形包括复数个微米级和/或亚微米级凸起结构和/或复数个微米级和/或亚微米级凹陷结构。
进一步的，所述的配件级低成本表面处理方法包括：以具有所述微米级和/或亚微米级图形的有机物层为掩模，采用干法刻蚀和/或湿法腐蚀方法对所述基板层进行加工，从而将所述有机物层中的微米级和/或亚微米级图形转移到所述基板层表面，获得表面粗化的基板层。
进一步的，所述离子轰击的功率为0.3KW-3KW，时间为1min-10min。
优选的，所述离子轰击采用的等离子轰击材料包括氦气、氖气、氩气、六氟化硫、三氟甲烷、四氟化碳中的任意一种，但不限于此。
进一步的，所述有机物层的厚度为50nm-50μm。
进一步的，具有所述微米级和/或亚微米极图形的有机物层的最大高度差大于离子轰击前的有机物层的厚度。
进一步的，所述有机物层的材质包括至少一种有机聚合物。
进一步的，所述基板层的材质包括透明的有机物和/或无机物。
优选的，所述有机物层的材质包括正性光刻胶或负性光刻胶，但不限于此。
优选的，所述基板层的材质包括石英玻璃、硼硅玻璃、K9玻璃、蓝宝石、氮化镓、碳化硅、氮化铝、荧光晶体、荧光陶瓷、硅胶、环氧树脂、塑料中的任意一种，但不限于此。
进一步的，所述基板层为自支撑的板或膜。
进一步的，所述的配件级低成本表面处理方法还包括：将有机物层从表面粗化的基板层上去除。
本发明实施例还提供了一种装置，其包括由所述方法形成的表面粗化的基板层。
进一步的，所述装置包括光学或光电器件，所述器件的出光面或受光面上结合有所述表面粗化的基板层。
进一步的，所述器件与所述基板层通过粘合层连接。
与现有技术相比，本发明的优点包括：
(1)本发明实施例提供的一种配件级低成本表面处理方法，利用了目前成熟的半导体工艺技术，通过自掩膜技术的方式实现对于器件表面粗化或器件表面配件的粗化，所使用的材料以及工艺技术成本低，处理方法可控性好，可现实度高；
(2)本发明实施例提供的一种配件级低成本表面处理方法可以实现工艺在线的实现和器件成品后的快速实现，其应用范围可以覆盖目前市面上所有的需要增加出光或取光的光电器件；
(3)本发明实施例提供的一种配件级低成本表面处理方法通过制作表面粗化的配件对于需要将光束由集中转化为均匀的需求，具有良好的效果。
附图说明
图1是本发明实施例1中一种实现配件表面粗化的处理方法的流程示意图；
图2是本发明实施例1中一种表面粗化的器件的结构示意图；
图3a是本发明实施例1中一种GaN基LED正装芯片的结构示意图；
图3b是本发明实施例1中一种GaN基LED倒装芯片的结构示意图；
图4a是本发明实施例1中厚度为1.5μm的有机物薄膜层(光刻胶)经离子轰击后的SEM图；
图4b是图4a的放大SEM图；
图5是本发明实施例1中厚度为0.35μm的有机物薄膜层(光刻胶)经离子轰击后的SEM图；
图6是本发明实施例1经表面粗化的基板层表面的SEM图；
图7是结合有本发明实施例1提供的表面粗化的基板层的LED芯片和未设置有表面粗化的基板层的LED芯片的光功率测试结果；
图8a是未加载表面粗化的基板层的黄光圈；
图8b是加载本发明实施例1提供的表面粗化的基板层的黄光圈；
图9是基由本发明实施例1提供的表面粗化的基板层作为粗化配件形成COB产品的照片；
图10是加载本发明实施例1提供的表面粗化的基板层前后的光谱对比示意图；
图11是本发明实施例1制备形成的表面粗化的基板层的成品照片。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例提供了一种配件级低成本表面处理方法，其包括：
提供基板层；
在所述基板层上覆设有机物层；
对所述有机物层进行离子轰击，从而在所述有机物层中形成微米级和/或亚微米级图形；
将所述有机物层中的微米级和/或亚微米级图形转移到所述基板层表面，获得表面粗化的基板层。
进一步的，所述微米级和/或亚微米级图形包括复数个微米级和/或亚微米级凸起结构和/或复数个微米级和/或亚微米级凹陷结构。
进一步的，所述的配件级低成本表面处理方法包括：以具有所述微米级和/或亚微米级图形的有机物层为掩模，采用干法刻蚀和/或湿法腐蚀方法对所述基板层进行加工，从而将所述有机物层中的微米级和/或亚微米级图形转移到所述基板层表面，获得表面粗化的基板层。
进一步的，所述离子轰击的功率为0.3KW-3KW，时间为1min-10min。
优选的，所述离子轰击采用的等离子轰击材料包括氦气、氖气、氩气、六氟化硫、三氟甲烷、四氟化碳中的任意一种，但不限于此。
进一步的，所述有机物层的厚度为50nm-50μm。
进一步的，具有所述微米级和/或亚微米极图形的有机物层的最大高度差大于离子轰击前的有机物层的厚度。
进一步的，所述有机物层的材质包括至少一种有机聚合物。
进一步的，所述基板层的材质包括透明的有机物和/或无机物。
优选的，所述有机物层的材质包括正性光刻胶或负性光刻胶，但不限于此。
优选的，所述基板层的材质为透光材质。例如基板层的材质包括透光的石英玻璃、硼硅玻璃、K9玻璃、蓝宝石、氮化镓、碳化硅、氮化铝、荧光晶体、荧光陶瓷、硅胶、环氧树脂、塑料中的任意一种，但不限于此。
进一步的，所述基板层的材质为透光的自支撑的板或膜。
进一步的，所述的配件级低成本表面处理方法还包括：将有机物层从表面粗化的基板层上去除。
本发明实施例还提供了一种装置，其包括由所述方法形成的表面粗化的基板层。
进一步的，所述装置包括光学或光电器件，所述器件的出光面或受光面上结合有所述表面粗化的基板层。
进一步的，所述器件与所述基板层通过粘合层连接。
如下将结合附图以及具体实施例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
实施例1
请参阅图2，一种器件结构，其包括基座、以及设置于基座上的光电芯片和硅胶荧光粉混合层，在硅胶荧光粉混合层上方经粘合层固定连接有基板层，所述的基板层上形成有微米级和/或亚微米级图形。
或者，一种表面粗化的GaN基LED芯片的结构如图3a和3b所示，其包括LED芯片主体结构(LED芯片主体结构包括依次形成的蓝宝石衬底、N型GaN、量子阱、P型GaN、透明电极，在N型GaN和透明电极上均形成有电极)以及经粘合层粘结形成在LED芯片主体结构的正面或背面的经表面粗化的基板层(或称粗化配件)，经表面粗化的基板层可以作为光学结构层设置于LED芯片的正面的结构如图3a，经表面粗化的基板层可以作为光学结构层设置于LED芯片的背面的结构如图3b所示。
请参阅图1，一种配件级低成本表面处理方法可以包括如下步骤：
(1)提供一种合适的材料作为配件的基板层，其至少用以提供一层可制作表面图形又可以提供支撑的配件级材料，基板层的材质包括但不限于玻璃类的石英玻璃、硼硅玻璃、K9玻璃等；透明晶体类的蓝宝石、氮化镓、碳化硅、氮化铝、荧光晶体等；有机高分子透明类的硅胶、环氧树脂、塑料等；
(2)在基板层上均匀地涂布一层有机物薄膜(或称之为有机物薄膜层，即有机物层，其作用主要是提供一层可供表面图形转移的可去除的转印层或作为掩模)，有机物薄膜的材质包括正性光刻胶、负性光刻胶、有机聚合物混合物、有机树脂等；
(3)对有机物薄膜进行离子轰击，离子轰击的功率范围在1KW～3KW之间，时间在5分钟到10分钟之间；通过有机物在离子轰击下的自加热效应，使其表面形成微米级和/或亚微米级图形；有机薄膜的厚度决定粗化图形的细腻程度，一般膜厚越薄最后形成的图形分辨尺寸越接近于微米或/或亚微米级；例如当有机物薄膜的厚度分别为1.5um、0.35um时，经离子轰击后经离子轰击后的有机薄膜的SEM图分别如图4a、图4b和图5所示；有机薄膜的厚度还根据材料的选择的不同而有所不同，使用正性光刻胶作为有机物薄膜的厚度在50nm～50um之间；
(4)以形成有微米级和/或亚微米级图形的有机物薄膜作为掩模，对基板层进行刻蚀处理，以在基板层上形成所述的微米级和/或亚微米级图形，刻蚀的方式包括湿法刻蚀，干法刻蚀等；
(5)除去有机物薄膜，从而实现基板层表面的粗化处理，即获得粗化配件，其实物照片如图11所示，粗化处理后的基板层表面的SEM图如图6所示；
(6)将粗化处理后的基板层作为配件采用粘合层粘结的方式结合于器件结构的正面或背面，对于已经成型的出光或收光器件采用粘合层使所述的表面粗化后的基板层能快速的应用到器件上面，形成出光或收光效果的有效增强；同时这种粗化处理后的基板层作为粗化配件改善光源集中度高的应用中出现在光场周边的黄光圈问题，分别如图8a和图8b。粗化处理后的基板层(或称之为粗化配件)等效于提升了在同等面积区域内的出光和收光效果，这个对于在应用中降低光学配比的复杂性有很好的帮助。
对实施例1形成的两种LED芯片(图3a和图3b所示的LED芯片结构)与未设置有表面粗化的基板层的LED芯片进行光功率测试，其测试结果如图7所示，对比结合粗化处理的基板层前后LED芯片的光功率的比较，通过对比我们可以看到在结合粗化处理的基板层的LED芯片在额定工作电流0.55A条件下，比未设置有表面粗化的基板层的LED芯片的外量子效应有了7.5％的显著提升。
基于对实施例1制备的表面粗化的基板层作为粗化配件形成COB产品，其结构如图9所示，将结合有表面粗化的基板层的COB产品与表面粗化处理前的COB产品进行光谱测试比较，其测试结果如图10所示，我们能看到产品的光功率提升了11％。
对比例1
使用氧等离子体刻蚀光刻胶，在需要粗化的器件薄膜上形成一层微米和/或亚微米尺寸的胶点，进一步刻蚀获得粗化图形，制作形成表面粗化的器件。
本发明实施例1通过非氧的等离子对有机物薄膜层表面进行非氧化、非刻蚀的轰击，对于有机物薄膜层进行改性，获得一种自然形成的类连绵山峰状，细节类花瓣状，在花瓣状包围区域形成连续山峰状的密集的微米级和/或亚微米级自掩膜图形，再以此自掩模图形作为掩模对基板层进行刻蚀，以形成表面粗化的基板层。
本发明实施例提供的一种配件级低成本表面处理方法，利用了目前成熟的半导体工艺技术，通过自掩膜技术的方式实现对于器件表面配件的粗化，所使用的材料以及工艺技术成本低，处理方法可控性好，可现实度高；并且可以实现工艺在线的实现和器件成品后的快速实现，其应用范围可以覆盖目前市面上所有的需要增加出光或取光的光电器件；以及通过制作表面粗化的结构和配件对于需要将光束由集中转化为均匀的需求，具有良好的效果；另外本发明实施例提供的一种实现器件表面粗化的处理方法对于器件关键部分的保护和最终效果的增强进行了增加隔离层和调整有机薄膜层厚度的优化。
本发明实施例提供的配件级低成本表面处理方法，工艺可控，在成本性价比以及使用应用场合(涵盖目前所有光电器件)上实现了全方位的保障和提升，同时器件完成后，在光的取出以及收取的均匀度上也能够得到相应的改善。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种配件级低成本表面处理方法，其特征在于包括：
提供基板层；
在所述基板层上覆设有机物层，所述有机物层的厚度为50nm - 50μm，材质选自有机聚合物；
直接对所述有机物层进行离子轰击，离子轰击的功率为0.3KW - 3KW，时间为1min -10min，从而在所述有机物层中形成微米级和/或亚微米级图形，所述微米级和/或亚微米级图形包括复数个微米级和/或亚微米级凸起结构和/或复数个微米级和/或亚微米级凹陷结构，且具有所述微米级和/或亚微米极图形的有机物层的最大高度差大于离子轰击前的有机物层的厚度，所述离子轰击采用的等离子轰击材料选自氦气、氖气、氩气、六氟化硫、三氟甲烷、四氟化碳中的任意一种；
以具有所述微米级和/或亚微米级图形的有机物层为掩模，采用干法刻蚀和/或湿法腐蚀方法对所述基板层进行加工，从而将所述有机物层中的微米级和/或亚微米级图形转移到所述基板层表面，获得表面粗化的基板层。
2.根据权利要求1所述的配件级低成本表面处理方法，其特征在于：所述基板层的材质包括透明的有机物和/或无机物。
3.根据权利要求2所述的配件级低成本表面处理方法，其特征在于：所述有机物层的材质包括正性光刻胶或负性光刻胶。
4.根据权利要求1所述的配件级低成本表面处理方法，其特征在于：所述基板层的材质选自石英玻璃、硼硅玻璃、K9玻璃、蓝宝石、氮化镓、碳化硅、氮化铝、荧光晶体、荧光陶瓷、硅胶、环氧树脂、塑料中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的配件级低成本表面处理方法，其特征在于：所述基板层为自支撑的板或膜。
6.根据权利要求1所述的配件级低成本表面处理方法，其特征在于还包括：将有机物层从表面粗化的基板层上去除。
7.一种装置，其特征在于包括由权利要求1-6中任一项所述方法形成的表面粗化的基板层。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：所述装置包括光学或光电器件，所述器件的出光面或受光面上结合有所述表面粗化的基板层。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：所述器件与所述基板层通过粘合层连接。
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